自動(dòng)化立體倉庫監(jiān)控系統(tǒng)研究

黃濤

摘? 要：自動(dòng)化立體倉庫作為將物品材料運(yùn)輸和合理化存儲(chǔ)相結(jié)合的前沿技術(shù)手段，其發(fā)展離不開物流裝備和物流軟件。文章主要通過PLC控制技術(shù)對(duì)自動(dòng)化立體倉庫里的堆垛機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后輸出明確的I/O信號(hào);利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了自動(dòng)化立體倉庫的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)及信息管理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)立體化倉庫;監(jiān)控系統(tǒng);倉庫管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）18-0084-02

Abstract： As a cutting-edge technology which combines the transportation of goods and materials with the rational storage， the development of automated warehouse cannot be separated from logistics equipment and logistics software. This paper mainly designs the hardware and software of the stacker control system in the automated warehouse by PLC control technology， then outputs the clear I/O signal， and finally designs the real-time monitoring system and information management system of the automated warehouse by using configuration software.

Keywords： automatic stereoscopic warehouse; monitoring system; warehouse management system

引言

自動(dòng)化立體倉庫作為將物品材料運(yùn)輸和合理化存儲(chǔ)相結(jié)合的前沿技術(shù)手段，以多層甚至高層的立體貨架為主體，其中，還使用了多種便利工具與機(jī)械設(shè)備，依靠著高端的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定控制，最終使得倉庫具有高度自動(dòng)化的便利功能。其區(qū)別于傳統(tǒng)倉儲(chǔ)的地方在于，存儲(chǔ)量以及周轉(zhuǎn)速度的大幅度提升，它是二十一世紀(jì)信息化以來，能夠?qū)⑿畔⒓夹g(shù)、科學(xué)管理方法以及物料儲(chǔ)存融合為一的綜合設(shè)備。

倉儲(chǔ)系統(tǒng)的主要組成部分就是與物流有關(guān)的一系列設(shè)備和相關(guān)軟件系統(tǒng)。而自動(dòng)化立體倉庫的軟件系統(tǒng)一般包括倉庫管理系統(tǒng)（WMS）和倉庫設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（WCS）這兩個(gè)主要內(nèi)容。其中，WMS掌控著與存儲(chǔ)有關(guān)的流程步序以及系列準(zhǔn)則，同時(shí)，還將物流信息進(jìn)行連接，使得各個(gè)物流分部能夠與大環(huán)境緊密結(jié)合。而WCS是倉庫基層設(shè)備之間進(jìn)行連接的系統(tǒng)，它也能夠和WMS無縫結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）收到一系列數(shù)據(jù)信息。

1 倉庫設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的組成

1.1 硬件的組成

（1）信息數(shù)據(jù)收集裝置、激光條碼掃描裝備、RFID讀寫裝置、多種類型的電子傳感裝置以及數(shù)碼攝像裝備等。（2）信息數(shù)據(jù)連接裝置、以太網(wǎng)設(shè)備、信息數(shù)據(jù)收集卡。（3）生產(chǎn)流程監(jiān)控裝置、多種類型的PLC模塊、工控終端裝置、以及相關(guān)裝置的指示燈等。（4）信息顯示裝置以及整套監(jiān)控?cái)z像裝置等。（5）信息數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)服務(wù)器等。

1.2 軟件的組成

（1）對(duì)接收信息的ERP的端口進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2）對(duì)WMS的業(yè)務(wù)界面的設(shè)計(jì)，要保證其信息錄入與分析再到最終輸出結(jié)果的順暢。（3）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置的信息互通與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)操作的設(shè)計(jì)。（4）對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行統(tǒng)一管控，進(jìn)行PLC編程和信息處理過程。（5）保證其信息即時(shí)通訊功能，主要涵蓋設(shè)備與系統(tǒng)之間端口的連接。

2 控制方案

2.1 總體方案

全套的信息管控體系以PC機(jī)為主體，即上位機(jī)，而PLC則發(fā)揮其基層管控功能。PC機(jī)的功能涵蓋了對(duì)倉庫的監(jiān)控、物品清點(diǎn)和出倉與入倉的控制;底層控制器則要對(duì)物料運(yùn)輸設(shè)備的定點(diǎn)位置和速度快慢、貨叉裝置的一系列動(dòng)作進(jìn)行管控。

堆垛機(jī)在進(jìn)行運(yùn)作時(shí)有水平、垂直的要求，以及貨叉裝置的起落進(jìn)退的一整套標(biāo)準(zhǔn)。這部分操作都要保證其穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性和迅速性。

底層控制器根據(jù)變頻設(shè)備來保證堆垛機(jī)臺(tái)車的運(yùn)作和貨臺(tái)起落、貨叉伸縮，其中，還包括多個(gè)檔位速度的調(diào)控，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定與高效運(yùn)作。

在電機(jī)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速的一系列檢查與測(cè)量方面，使用增量式脈沖編碼設(shè)備來完成。采用底層控制器的尋址功能，能實(shí)現(xiàn)臺(tái)車運(yùn)輸?shù)木珳?zhǔn)化。另一方面，由于脈沖編碼設(shè)備在處理信息時(shí)會(huì)產(chǎn)生相對(duì)偏差，因此在這一過程中還要實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的復(fù)位功能。

2.2 安全保護(hù)措施

（1）分別在X軸和Y軸兩個(gè)方向?qū)ε_(tái)車的位置進(jìn)行端點(diǎn)保護(hù)。（2）針對(duì)臺(tái)車的升起和降落進(jìn)行上下方向的端點(diǎn)保護(hù)。（3）針對(duì)貨叉的伸縮動(dòng)作進(jìn)行端點(diǎn)保護(hù)。（4）采用稱量裝置，保證進(jìn)入倉庫的物料重量不超標(biāo)。（5）采用測(cè)量尺寸裝置，保證進(jìn)入倉庫的物料尺寸不超標(biāo)。（6）采用光電檢查裝置，保證拿取物料時(shí)的安全性。

2.3 PLC控制系統(tǒng)硬件

采取S7200 PLC CPU 224 （AC/DC/繼電器）和5個(gè)擴(kuò)展模塊EM 221（8D I DC24V）、1個(gè)擴(kuò)展模塊EM 223（DI16/DO16 DC24V/繼電器）共同組成底層控制器的全套硬件體系。

3 堆垛機(jī)PLC控制軟件

底層控制器的配套軟件程序要實(shí)現(xiàn)的功能包括以下幾點(diǎn)：（1）由堆垛機(jī)的相關(guān)情況確定PC的指令是否到達(dá)各子系統(tǒng)，從而進(jìn)行下一步的操作;（2）由PC的出庫和入庫指令信息以及物料的相對(duì)位置信息、堆垛機(jī)運(yùn)輸過程中的準(zhǔn)則信息來安排臺(tái)車的運(yùn)輸;（3）在堆垛機(jī)結(jié)束作業(yè)之后

將信息傳達(dá)到PC端，從而進(jìn)行信息的錄入和下一步的操作指令。

3.1 主流程

在堆垛機(jī)運(yùn)輸物料貨物之前，要預(yù)先檢驗(yàn)系統(tǒng)是否存在問題以及相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)源頭，然后對(duì)此進(jìn)行分析判定，來確定報(bào)警的準(zhǔn)確性。在堆垛機(jī)檢查無問題，同時(shí)也無作業(yè)任務(wù)的時(shí)候，就可以實(shí)行PC端發(fā)出的出庫、入庫相關(guān)指令。即當(dāng)收到出入庫指令時(shí)，則分別按要求來進(jìn)行相關(guān)作業(yè)任務(wù)。與此同時(shí)，在堆垛機(jī)有作業(yè)任務(wù)的時(shí)候，就不會(huì)接受PC端發(fā)來的其他指令。

3.2 入庫子流程

底層控制器按照PC端的入庫任務(wù)指令來完成物料的入庫任務(wù)。

在堆垛機(jī)完成物料的入庫任務(wù)前，要對(duì)其位置進(jìn)行確認(rèn)。這一部分指的是，堆垛機(jī)的臺(tái)車要回到特定的位置，同時(shí)還應(yīng)位于下端端點(diǎn)。如果沒有達(dá)到要求，則應(yīng)該調(diào)控堆垛機(jī)回到指定位置。

在確認(rèn)上一步的要求準(zhǔn)確無誤后，還要對(duì)貨位的貨物有無情況進(jìn)行判定，當(dāng)貨位沒有物料時(shí)方可開始入庫任務(wù);而當(dāng)貨位有貨時(shí)，要對(duì)平臺(tái)貨物是否要進(jìn)入倉庫進(jìn)行判定;平臺(tái)有貨時(shí)，要對(duì)物料的重量和相關(guān)尺寸進(jìn)行測(cè)量，防止超出標(biāo)準(zhǔn);當(dāng)物料重量及尺寸都在規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，就可以使堆垛機(jī)開始相應(yīng)的入庫任務(wù)。綜上所述的種種判定在出現(xiàn)問題時(shí)，都要對(duì)其采取報(bào)警的手段以確保流程無誤。

在堆垛機(jī)抵達(dá)物料位置時(shí)，采取堆垛機(jī)子系統(tǒng)，來將物料輸送至物料位置上。接著，使堆垛機(jī)完成出庫步驟，使其回到指定平臺(tái);并且，將完成作業(yè)任務(wù)的信息返回到PC端，再將堆垛機(jī)的作業(yè)情況調(diào)整為空閑狀態(tài)，從而可以進(jìn)行新的任務(wù)指令。

3.3 出庫子流程

在堆垛機(jī)得到PC端發(fā)來的出庫任務(wù)指令時(shí)，堆垛機(jī)的作業(yè)狀態(tài)就要轉(zhuǎn)換為非空閑狀態(tài)，從而完成物料的出庫任務(wù)。

當(dāng)物料在完成出庫任務(wù)以前，要對(duì)平臺(tái)的物料狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn);當(dāng)平臺(tái)里存在物料時(shí)，要判定當(dāng)前貨位上的物料有無出庫的必要;當(dāng)貨位上存在物料時(shí)，就接入入庫任務(wù)的子系統(tǒng)中，從而使得堆垛機(jī)抵達(dá)指定位置;在堆垛機(jī)抵達(dá)指定位置時(shí)，就接入拿取物料的子系統(tǒng)中，從指定貨位進(jìn)行物料的提取;提貨任務(wù)結(jié)束時(shí)，就接入出庫任務(wù)的子系統(tǒng)中，從而使得堆垛機(jī)抵達(dá)任務(wù)原點(diǎn)，最終將物料卸取到指定平臺(tái)上面。

在上述的步驟順利結(jié)束后，就代表著出庫任務(wù)的完成，接下來要將該信息返回至PC端，此時(shí)堆垛機(jī)的狀態(tài)也轉(zhuǎn)換成為空閑狀態(tài)。

4 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

（1）能清晰呈現(xiàn)立體倉庫中物料出庫和入庫的全時(shí)段情況。（2）對(duì)立體倉庫中物料的一系列位置信息和全方位信息實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的記錄和存儲(chǔ)。（3）在報(bào)警情況發(fā)生后，能夠迅速查出故障地、故障情況。（4）對(duì)物料的出庫和入庫情況能進(jìn)行表格式的呈現(xiàn)。

4.2 立體倉庫監(jiān)控畫面及管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

全套的監(jiān)控體系主要涵蓋了主監(jiān)控窗口、情況呈現(xiàn)窗口、物料數(shù)據(jù)查詢窗口、出入庫報(bào)表管理窗口以及物料列表管理窗口等。

堆垛機(jī)的狀態(tài)顯示窗口應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)要求：（1）對(duì)堆垛機(jī)在完成作業(yè)任務(wù)時(shí)的相關(guān)狀態(tài)以及運(yùn)作速度快慢和任務(wù)分類情況的呈現(xiàn)。（2）對(duì)堆垛機(jī)在完成任務(wù)指令時(shí)報(bào)警情況的呈現(xiàn)。（3）對(duì)堆垛機(jī)在完成任務(wù)指令時(shí)實(shí)時(shí)位置情況的呈現(xiàn)。

5 倉庫設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向

新時(shí)期的WCS，其本質(zhì)沒有發(fā)生太大的轉(zhuǎn)變，還是根據(jù)倉庫管理系統(tǒng)、傳感設(shè)備和掃描設(shè)備等多種信息設(shè)備綜合物料信息來實(shí)現(xiàn)物料的最佳配送。同時(shí)，WMS和ERP系統(tǒng)來完成運(yùn)輸裝備和信息管控系統(tǒng)的連接，協(xié)調(diào)各項(xiàng)任務(wù);對(duì)流程進(jìn)行高效統(tǒng)一的規(guī)劃;WCS還能夠?qū)θ蝿?wù)步驟進(jìn)行最優(yōu)安排，選擇最佳的運(yùn)輸路線，同時(shí)還能夠?qū)⑽锪闲畔⒑晚?xiàng)目訂單情況進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和記錄并發(fā)送給其他記錄系統(tǒng)。WCS日后的發(fā)展趨勢(shì)還使得該系統(tǒng)能夠完成動(dòng)態(tài)平衡任務(wù)。

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